(57)【要約】大型化およびコストアップを避けることができるとともに、生体情報を精度よく検知することができる、生体情報検知器、生体情報検知方法および該生体情報検知器を備えた携帯端末を提供する。  本発明に係る生体情報検知器１は、電気パルスを発する発振回路２と、電気パルスが印加される印加電極３と、印加電極３と対向する検出電極４と、電極間の静電容量を計測する静電容量計測回路５と、第１の状態における静電容量と、第２の状態における静電容量との差分に基づき生体情報を取得する演算回路６と、を備える。
2011016407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気パルスを発する発振手段と、
前記電気パルスが印加される印加電極と、
前記印加電極に対向する検出電極と、
前記電極間の静電容量を計測する静電容量計測手段と、
第１の状態における静電容量と第２の状態における静電容量との差分に基づき生体情報を取得する演算手段と、
を備えた生体情報検知器。
【請求項２】
前記第１の状態は、前記電極が生体に接触している状態であり、前記第２の状態は前記電極が生体に接触していない状態である、請求項１記載の生体情報検知器。
【請求項３】
前記第１の状態および前記第２の状態は、前記電極が生体に接触している状態であり、且つ、前記第２の状態は前記第１の状態から所定時間が経過した状態である、請求項１記載の生体情報検知器。
【請求項４】
前記発振手段は、正弦波電圧を前記印加電極に印加し、
前記正弦波電圧と前記検出電極により検出される電流との位相差を計測する位相差計測手段を備え、
前記演算手段は、前記静電容量の差分に基づき人肌の水分量を取得するとともに前記位相差に基づき人肌表面の微量成分の含有量を取得する、請求項１ないし３のいずれか１項記載の生体情報検知器。
【請求項５】
前記演算手段は、第１の状態における位相差と第２の状態における位相差との差分に基づき、人肌表面の微量成分の含有量を取得する、請求項４記載の生体情報検知器。
【請求項６】
前記印加電極と前記検出電極は、交互に配置される複数の櫛型電極を備える請求項１ないし５のいずれか１項記載の生体情報検知器。
【請求項７】
対向配置された印加電極と検出電極とを備える検知器を用いた生体情報検知方法であって、
前記印加電極へ電気パルスを印加し、
前記電極間の静電容量を計測し、
第１の状態における静電容量と第２の状態における静電容量との差分に基づき生体情報を取得する、
生体情報検知方法。
【請求項８】
筐体と、
電気パルスを印加する発振手段と、
前記筐体の表面に対向配置され、前記電気パルスが印加される、印加電極および検出電極と、
前記電極間の静電容量を計測する静電容量計測手段と、
第１の状態における静電容量と第２の状態における静電容量との差分に基づき生体情報を取得する演算手段と、
を備える携帯端末。
【請求項９】
前記電気パルスとして前記印加電極に印加される正弦波電圧と、前記検出電極により検出される電流と、の位相差を計測する位相差計測手段をさらに備え、
前記演算手段は、前記生体情報として、第１の状態における静電容量と第２の状態における静電容量との差分に基づき人肌の水分量を取得するとともに前記第１の状態における前記位相差に基づき人肌表面の微量成分の含有量を取得する、
請求項８記載の携帯端末。
【請求項１０】
前記取得した生体情報を所定のサーバへ送信する通信手段と、
前記サーバから前記生体情報に対応する解析情報を受信した場合、前記受信した解析情報を表示する表示手段と、
をさらに備える、請求項９記載の携帯端末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体情報を取得する生体情報検知器、生体情報検知方法、および、該生体情報検知器を備えた携帯端末に関する。特に、本発明は、人体の肌表面における生体情報を取得する生体情報検知器、生体情報検知方法、および、該生体情報検知器を備えた携帯端末に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々なセンサを備えた付加価値の高い携帯端末が種々提案されている。これらの携帯端末は、通信機能や撮影機能等の一般的な機能の他、様々な機能を備える。近年の健康志向の高まりにより、健康状態を把握するための機能を備える携帯端末が提案されている。その一つに、人体の肌表面における生体情報を取得する機能を備えた携帯端末がある。例えば、特許文献１には、近赤外領域まで感度を有するＣＣＤを備えた携帯電話機が開示されている。ユーザは、ＣＣＤカメラ部を手のひらに密着させた状態でカメラのシャッタボタンを押すことにより、人体の肌表面における含水量を測定することができる。
また、人体の肌表面における生体情報を取得する装置として、特許文献２には、渦巻状の電極が高密度に形成された水分量センサと、圧電振動子および接触子から成る弾力センサと、を一体に形成した肌センサが開示されている。ユーザは、該肌センサを用いることにより、肌に含まれる水分量と肌の弾力性とを検知することができる。
さらに、特許文献３には、皮膚の角質層バリア機能と表皮角質層の水分量とを計測する装置が開示されている。特許文献３の装置は、印加電極と検出電極とを皮膚表面に接触させた時の電気特性を測定し、該電気的特性に基づき人肌の角質層バリア機能と表皮角質層の水分量とを計測する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−０９８０９８号公報
【特許文献２】特開２００５−０５２２１２号公報
【特許文献３】特開２００３−３１０５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、携帯電話機等の携帯端末に対しては常に、端末の小型化およびコストダウンが要求されている。特許文献１の携帯電話機において、近赤外領域まで感度を有するＣＣＤカメラを用いる場合、一般的なＣＣＤカメラを用いる場合と比較して、携帯電話機の大型化は避けられるものの、コストが高くなる。また、特許文献２の肌センサを携帯端末に搭載する場合、肌センサが水分量計測用の水分量センサと弾力性計測用の弾力センサの２つのセンサを備えるため、端末が大型になってしまうとともに端末のコストが高くなる。
一方、電極からの電気特性に基づき人体の肌表面における生体情報を取得する場合、端末の大型化を避けることができると共に、近赤外領域まで感度を有するＣＣＤカメラ等を用いる場合と比較して、装置のコストを低く抑えることができる。しかし、特許文献３で開示された印加電極および検出電極による測定は、電極表面に汚れや水分等が付着している場合、人肌の角質層バリア機能と表皮角質層の水分量を正確に計測することができない。従って、特許文献１および特許文献２の場合と比較して測定精度が低い。
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、大型化およびコストアップを避けることができるとともに、生体情報を精度よく検知することができる、生体情報検知器および該生体情報検知器を備えた携帯端末を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために本発明に係る生体情報検知器は、電気パルスを発する発振手段と、電気パルスが印加される印加電極と、印加電極に対向する検出電極と、電極間の静電容量を計測する静電容量計測手段と、第１の状態における静電容量と第２の状態における静電容量との差分に基づき生体情報を取得する演算手段と、を備える。
上記目的を達成するために本発明に係る生体情報検知方法は、対向配置された印加電極と検出電極とを備える検知器を用いた生体情報検知方法であって、印加電極へ電気パルスを印加し、電極間の静電容量を計測し、第１の状態における静電容量と第２の状態における静電容量との差分に基づき生体情報を取得する。
上記目的を達成するために本発明に係る携帯端末は、筐体と、電気パルスを印加する発振手段と、筐体の表面に対向配置され、電気パルスが印加される、印加電極および検出電極と、電極間の静電容量を計測する静電容量計測手段と、第１の状態における静電容量と第２の状態における静電容量との差分に基づき生体情報を取得する演算手段と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る生体情報検知器、生体情報検知方法および携帯端末装置は、生体情報検知器および該生体情報検知器を備えた携帯端末装置の大型化およびコストアップを避けることができる。さらに、本発明に係る生体情報検知器、生体情報検知方法および携帯端末装置は、電極表面に汚れや水分等が付着することによる影響を取り除くことができ、従って、生体情報を精度よく検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る生体情報検知器１のブロック図の一例である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る生体情報検知器１Ｂのブロック図の一例である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る生体情報検知器１Ｂの電極部の上面図の一例である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る静電容量計測回路５による計測結果の一例である。
【図５】印加電圧波形と検出電流波形との関係の一例を示した図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る携帯電話機１０の（ａ）正面図、（ｂ）背面図、および、（ｃ）背面図のＡ−Ａ‘線における断面図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る携帯電話機１０のブロック図の一例である。
【図８】本発明の第３の実施形態に係る携帯電話機１０の動作フローの一例である。
【図９】本発明の第４の実施形態に係る携帯電話機１０Ｂの（ａ）正面図、（ｂ）背面図、および、（ｃ）正面図のＢ−Ｂ‘線における断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る携帯電話機１０Ｂの動作フローの一例である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施の形態について説明する。本実施形態に係る生体情報検知器１のブロック図の一例を図１に示す。図１において、生体情報検知器１は、発振回路２、印加電極３、検出電極４、静電容量計測回路５および演算回路６を備える。
発振回路２は、印加電極３に電気パルスを印加する。印加電極３と検出電極４は、互いに対向配置される。印加電極３と検出電極４とは、対向配置されることによってコンデンサを形成する。
静電容量計測回路５は、印加電極３と検出電極４との間の静電容量を計測し、計測結果を演算回路６に出力する。演算回路６は、静電容量計測回路５から出力された静電容量の計測結果から、第１の状態における静電容量と第２の状態における静電容量との差分（ΔＣ）を算出する。さらに、演算回路６は、算出したΔＣに基づき生体情報を出力する。
ここで、本実施形態では、第１の状態として印加電極３および検出電極４が生体に接触している状態を、第２の状態として印加電極３および検出電極４が生体に接触していない状態をそれぞれ適用する。なお、第１の状態および第２の状態はこれに限定されない。例えば、第２の状態として、印加電極３および検出電極４をリファレンス測定用シート等に接触させた状態とすることもできる。さらに、第１の状態および第２の状態を印加電極３および検出電極４が生体に接触している状態とし、第２の状態を第１の状態から所定の時間が経過した状態とすることもできる。
また、本実施形態では、演算回路６は、生体情報として生体に含まれている水分量を出力する。印加電極３と検出電極４との間の静電容量から生体に含まれている水分量を求めることができる理由は、下記による。すなわち、印加電極３と検出電極４とがコンデンサを形成する場合、コンデンサの静電容量Ｃは、Ｃ＝ε×Ｓ／ｄで表される。ここで、εは比誘電率、Ｓはコンデンサの電極の面積、ｄは電極間の距離である。空気の比誘電率が１であるのに対して水の比誘電率が約８０であることから、電極を生体に接触させた場合、生体に含まれている水分量に応じて比誘電率が変化する。比誘電率が変化することにより、コンデンサの静電容量が変化する。Ｓおよびｄは一定のため、例えば、電極が生体に接触している時と接触していない時の静電容量の変化量から、比誘電率の変化量を算出し、該比誘電率の変化量に基づき生体に含まれている水分量を演算することができる。
なお、コンデンサの静電容量は、コンデンサの電極表面に汚れや水分等が付着することでも変化する。従って、電極表面に汚れや水分等が付着している場合の影響を取り除くため、所定の状態からの静電容量の変化量を用いることが望ましい。本実施形態では、所定の状態（第２の状態）として、電極（印加電極３および検出電極４）が生体に接触していない状態を適用し、電極が生体に接触していない時の静電容量をリファレンスとして用いる。つまり、電極が生体に接触している時（第１の状態）の静電容量と接触していない時（第２の状態）の静電容量との変化量（ΔＣ）に基づき、生体に含まれている水分量を演算する。生体に含まれている水分量の演算に差分（ΔＣ）を用いることにより、電極を生体に接触させた時の静電容量を単純に用いる場合と比較して、生体に含まれている水分量を高精度に求めることができる。なお、電極が生体に接触していない時の静電容量として、電極を生体に接触させる直前の静電容量を用いることが望ましい。
以上のように、本実施形態に係る生体情報検知器１は、コンデンサを形成する印加電極３および検出電極４の電気特性に基づき生体情報を出力する。この場合、生体情報検知器１の大型化およびコストアップを避けることができる。さらに、本実施形態に係る生体情報検知器１は、生体情報の出力に、第１の状態における静電容量と第２の状態における静電容量との差分（ΔＣ）を用いる。この場合、電極表面に汚れや水分等が付着することによる影響を取り除くことができ、単純に電極が生体に接触している時の静電容量を用いる場合と比較して、生体情報を精度よく検知することができる。
なお、図１の点線が筐体である場合、生体情報検知器１を備えた携帯端末となる。
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施の形態について説明する。図２は、本実施形態に係る生体情報検知器を示すブロック図である。図２において、生体情報検知器１Ｂは、発振回路２Ｂ、印加電極３Ｂ、検出電極４Ｂ、基板８、静電容量計測回路５、位相差計測回路７および演算回路６Ｂを備える。ここで、位相差計測回路７が位相差計測手段に相当する。
本実施形態において、発振回路２Ｂは、電圧１Ｖ、周波数１ｋＨｚの微弱の正弦波電圧を印加電極３Ｂに印加する。印加電極３Ｂと検出電極４Ｂは、基板８上に対向して形成され、発振回路２Ｂから印加電極３に印加された正弦波電圧に対応する電流を、検出電極４から検出する。印加電極３Ｂと検出電極４Ｂとは、対向して形成されることにより、コンデンサを形成する。図３に、印加電極３Ｂ、検出電極４Ｂおよび基板８を示す上面図を示す。
図３において、印加電極３Ｂは電極端子３１と櫛型電極３２とを、検出電極４Ｂは電極端子４１と櫛型電極４２とを備える。ここで、印加電極３Ｂの櫛型電極３２の櫛歯部と、検出電極４Ｂの櫛型電極４２の櫛歯部とは交互に配置されている。櫛型電極３２、４２の櫛歯部をそれぞれ交互に配置することにより、電極の見かけ上の総面積が大きくなる。電極の総面積が大きくなると、コンデンサの容量が大きくなる。従って、本実施形態に係る生体情報検知器１Ｂは、印加電極３Ｂおよび検出電極４Ｂの搭載面積が小さい場合でも、高精度の電気特性を出力することができる。
また、本実施形態において、基板８として一辺の長さが１０ｍｍ、厚さが０．３ｍｍのガラスセラミック製の板対を用いた。さらに、印加電極３Ｂおよび検出電極４Ｂの櫛型電極３２、４２は、共に、幅（Ｗ）：７ｍｍ、長さ（Ｌ）：７ｍｍ、電極幅（ａ）：０．２５ｍｍ、電極間隔（Ｄ）：０．２５ｍｍ、電極対数（ｎ）：７対とした。また、印加電極３Ｂおよび検出電極４Ｂは、銀ペーストにより形成した。なお、表面の腐食防止のため、印加電極３Ｂおよび検出電極４Ｂにニッケル−金等のメッキを施してもよい。
図２の説明に戻る。静電容量計測回路５は、印加電極３Ｂと検出電極４Ｂとの間の静電容量を計測して、計測結果を演算回路６Ｂへ出力する。位相差計測回路７は、印加電極３Ｂに印加された印加電圧波形と検出電極４Ｂから検出された検出電流波形との位相差を計測して、計測結果を演算回路６Ｂへ出力する。
演算回路６Ｂは、静電容量計測回路５から出力された静電容量の計測結果から、印加電極３Ｂおよび検出電極４Ｂが人肌に接触している時の静電容量と接触していない時の静電容量との差分（ΔＣ）を算出し、算出したΔＣに基づき人肌の水分量を演算する。また、演算回路６Ｂは、位相差計測回路７から出力された位相差の計測結果から、印加電極３Ｂおよび検出電極４Ｂが人肌に接触している時の位相差とπ／２ラジアンとの差分（Δｔ）を算出し、算出したΔｔに基づき人肌表面から分泌される汗に含まれる微量成分の含有量を演算する。なお、電極が人肌に接触している時の印加電圧波形−検出電流波形間の位相差とπ／２ラジアンとの差分（Δｔ）から、人肌表面から分泌される汗に含まれる微量成分の含有量を演算できる理由については後述する。演算回路６Ｂは、演算した人肌の水分量および微量成分の含有量を、人体の肌表面における生体情報として出力する。
本実施形態における第１の状態と第２の状態について説明する。図４に、それぞれ異なる時期に、図３に示した櫛歯型の印加電極３Ｂおよび検出電極４Ｂに電圧１Ｖ、周波数１ｋＨｚの正弦波電圧を印加した場合の静電容量計測回路５の計測結果の一例を示す。図４では、異なる時期に３回行った計測の結果を、上の行から下の行へと時系列（初期の人肌に接触していない状態→人肌に接触→人肌から離す→電極をアルコール拭き）に記載した。
図４において、電極が人肌に接触している状態での静電容量値（３．８×１０３〜６．３×１０３ｐＦ）は、いずれも、その他の電極が人肌に接触していない状態での静電容量値と比べて２〜３桁程度大きいことがわかる。また、電極をアルコール拭きした後の静電容量値（５．１〜５．５ｐＦ）がほぼ一定であるのに対し、初期状態の静電容量値（５．１〜３．７×１０ｐＦ）は一定ではないことから、初期状態のバラツキは前述の電極表面の汚れの影響であると考えることができる。さらに、図４において、電極を人肌から離した直後の静電容量値は大きくばらついている。これは、電極の温度の違い等により、電極表面に付着した水分が蒸発する速さ等が異なるためと考えられる。
従って、リファレンス用に用いる第２の状態の静電容量値としては、電極を人肌に接触させる前の静電容量値を用いることが望ましい。本実施形態では、５００ｐＦに閾値を設け、閾値を超える前に計測された直近の静電容量値を、電極が人肌に接触していない初期の状態、すなわち、第２の状態の静電容量値と定義する。一方、閾値を超えた後の所定時間について計測された静電容量値の最大値を、人肌に接触した時の状態、すなわち、第１の状態における静電容量値と定義する。
次に、電極が人肌に接触している時の印加電圧波形−検出電流波形間の位相差とπ／２ラジアンとの差分（Δｔ）から、人肌表面から分泌される汗に含まれる微量成分の含有量を演算できる理由について説明する。人肌表面から分泌される汗には、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、塩素などミネラルが含まれている。これらミネラル成分はイオン性物質が多く、コンデンサの寄生抵抗成分に影響を及ぼす。一方、コンデンサの印加電圧波形と検出電流波形との位相差は、理想的なコンデンサの場合はπ／２ラジアンであるのに対し、コンデンサに寄生抵抗成分がある場合、寄生抵抗値に応じてπ／２ラジアンからずれる。従って、電極を人肌に接触させた時の位相差とπ／２（理想的なコンデンサの位相差）との差分（Δｔ）から寄生抵抗値を演算し、該寄生抵抗値に基づき肌表面から分泌される汗に含まれる微量成分の含有量を演算することができる。
図５は、印加電極３Ｂに印加した印加電圧波形６１と、検出電極４Ｂから検出された検出電流波形６２と、理想的なコンデンサの場合に検出される電流波形６３とを示した波形図である。図５において、印加電圧波形６１と理想的なコンデンサの場合に検出される電流波形６３との位相差はπ／２ラジアンである。一方、印加電圧波形６１と検出電極４Ｂから検出された検出電流波形６２との位相差θは、π／２ラジアンからずれている。本実施形態に係る生体情報検知器１Ｂは、印加電極３Ｂおよび検出電極４Ｂを人肌に接触させた時の位相差θとπ／２（理想的なコンデンサの位相差）との差分（Δｔ）から寄生抵抗値を演算し、該寄生抵抗値に基づき人肌表面から分泌される汗に含まれる、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、塩素などの微量成分の含有量を演算する。
ユーザが、本実施形態に係る生体情報検知器１Ｂを用いて人体の肌表面における生体情報を検知する場合、ユーザは図示しない操作ボタン等を用いて検知を指示するための入力を行った後、印加電極３Ｂおよび検出電極４Ｂをユーザの人肌に接触させる。生体情報検知器１Ｂの静電容量計測回路５および位相差計測回路７は、ユーザの入力に基づき、電極間の静電容量および印加電圧−検出電流間の位相差を所定時間計測し、演算回路６Ｂへ出力する。演算回路６Ｂは、出力された静電容量および位相差からΔＣおよびΔｔを算出し、算出したΔＣおよびΔｔに基づいて人肌の水分量および微量成分の含有量を演算して人体の肌表面における生体情報として出力する。なお、人肌の水分量および微量成分の含有量を演算は、数値を算出することに限定されない。前記演算には、閾値に対する大小関係の判定や、○か×かの判定等も含まれる。
以上のように、本実施形態に係る生体情報検知器１Ｂは、コンデンサを形成する印加電極３Ｂと検出電極４Ｂの電気特性に基づき、人肌の水分量と人肌表面から分泌される汗に含まれる微量成分の含有量とを演算する。生体情報検知器１Ｂは、同一の電極間からの電気特性に基づき、肌の水分量と微量成分の含有量を演算できることから、水分量センサと微量成分の含有量検知用のセンサ等の複数のセンサを搭載する必要がない。従って、生体情報検知器１Ｂの大型化およびコストアップを避けることができる。
また、電極が人肌に接触している状態（第１の状態）と電極が人肌と接触していない状態（第２の状態）の静電容量の変化量（ΔＣ）に基づき人肌の水分量を演算することにより、人肌の水分量を精度よく演算することができる。さらに、印加電極３Ｂおよび検出電極４Ｂを櫛歯型に形成することにより、電極の搭載面積が小さい場合でも、高精度に電気特性を出力することができ、従って、人肌の水分量および微量成分の含有量を精度よく演算することができる。
ここで、コンデンサの電極表面に汚れや水分等が付着している場合、コンデンサの寄生抵抗値も変化する。従って、微量成分の含有量の演算に、電極を人肌に接触させた時の位相差θとπ／２ラジアン（理想的なコンデンサの位相差）との差分（Δｔ）を用いる代わりに、人肌に接触している時の位相差θと接触していない時の位相差との差分（Δｔ’）を用いることにより、電極表面に汚れや水分等が付着することによる影響が取り除くことができ、微量成分の含有量をより高精度に演算することができる。
なお、印加電極３Ｂと検出電極４Ｂは１対に限定されない。印加電極３Ｂおよび検出電極４Ｂを複数対形成した場合、各電極対の電気特性の平均値を用いる等により、人肌の水分量および人肌表面から分泌される汗に含まれる微量成分の含有量をより高精度に演算することができる。
（第３の実施形態）
第３の実施形態について説明する。本実施形態では、携帯端末として、第２の実施形態で説明した生体情報検知器１Ｂを搭載した携帯電話機を適用する。本実施形態において、携帯電話機はインターネットを介して所定のサーバと通信する。また、携帯電話機のユーザは、予め、該サーバへユーザの識別情報を登録している。なお、携帯端末として、第２の実施形態で説明した生体情報検知器１Ｂを搭載した、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、通信機能を備えた携帯型ゲーム端末およびカメラ等を適用することもできる。
図６（ａ）は、本実施形態に係る携帯電話機１０を示す正面図、図６（ｂ）は背面図、図６（ｃ）は図６（ｂ）のＡ−Ａ‘での断面図である。図６（ａ）において、携帯電話機１０の筐体１１の一方の面（以下、正面と記す。）には、複数の操作ボタン１２、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）１３、カメラ１４、スピーカ１５およびマイク１６が配置されている。また、筐体１１の上面にはアンテナ１７が配置されている。これらは一般的な携帯電話機が備える要素であり、詳細な説明は省略する。
一方、図６（ｂ）、（ｃ）において、携帯電話機１０の筐体１１の他方の面（以下、背面と記す。）には、センサ１８が配置されている。センサ１８は、第２の実施形態に示した印加電極３Ｂ、検出電極４Ｂおよび基板８から成る。すなわち、センサ１８は、基板８の上に櫛歯型の印加電極３Ｂおよび検出電極４Ｂを形成することにより、構成される。図６（ｂ）、（ｃ）において、センサ１８の基板８の印加電極３Ｂおよび検出電極４Ｂが形成されていない面が、接着剤により筐体１１の背面に貼り付けられている。なお、印加電極３Ｂおよび検出電極４Ｂを直接、筐体１１の背面に形成し、センサ１８とすることもできる。
また、図６（ｃ）において、携帯電話機１０の筐体１１の内部には、メイン基板２０が配置され、メイン基板２０の上に検知回路１９が配置されている。ここで、検知回路１９は、第２の実施形態に示した、発振回路２Ｂ、静電容量計測回路５、位相差計測回路７および演算回路６Ｂを含む。
次に、本実施形態に係る携帯電話機１０を示すブロック図について説明する。図７は、携帯電話機１０を示すブロック図の一例である。図７において、携帯電話機１０は、入力部５１、音声処理部５２、表示部５３、撮像部５４、通信部５５、生体情報検知部５６および制御部５７を備える。
入力部５１は、ユーザが操作ボタン１２を押下等した場合、押下に応じた入力情報を制御部５７へ送信する。音声処理部５２は、スピーカ１５を用いて音声、メロディー、アラーム音等を外部へ出力する。さらに、音声処理部５２は、マイク１６を用いてユーザの音声等を集音し、音声情報として制御部５７へ送信する。表示部５３は、各種情報をＬＣＤ１３に表示する。撮像部５４は、カメラ１４を用いて撮影された画像情報を制御部５７へ送信する。生体情報検知部５６は、発振回路２Ｂを駆動して印加電極３Ｂに正弦型の交流電圧を印加する。そして、生体情報検知部５６は、静電容量計測回路５および位相差計測回路７を用いてΔＣおよびΔｔを算出する。さらに、生体情報検知部５６は、演算部６Ｂを用いてΔＣおよびΔｔに基づき人肌の水分量および微量成分の含有量を演算し、演算結果を制御部５７へ送信する。制御部５７は、各部を制御する。
ユーザが、本実施形態に係る携帯電話機１０を用いて人体の肌表面における生体情報を検知する場合の動作フローについて、図８を用いて説明する。ユーザは、携帯電話機１０の操作ボタン１２を用いて生体情報の検知を指示するための入力を行った後、センサ１８（印加電極３Ｂおよび検出電極４Ｂ）をユーザの人肌、例えば、ユーザの頬に接触させる。携帯電話機１０の入力部５１は、ユーザからの入力を検知した場合、入力情報を制御部５７へ送信する（Ｓ１０１）。制御部５７は、生体情報の検知を指示する入力情報を受信した場合、生体情報検知部５６を駆動する。生体情報検知部５６は、静電容量計測回路５および位相差計測回路７を用いて、電極間の静電容量と印加電圧−検出電流間の位相差を所定時間計測する（Ｓ１０２、Ｓ１０３）。生体情報検知部５６は、演算回路６Ｂを用いて静電容量計測回路５が計測した静電容量の経時変化から、センサ１８が人肌に接触した時（第１の状態）の静電容量と人肌に接触していない時（第２の状態）の静電容量との変化量（ΔＣ）を算出し、該ΔＣに基づき人肌の水分量を演算し、演算結果を制御部５７へ送信する（Ｓ１０４）。また、生体情報検知部５６は、演算回路６Ｂを用いて位相差計測回路７が計測した位相差の経時変化から、センサ１８が人肌に接触した時の位相差θとπ／２ラジアンとの差分（Δｔ）を算出し、該Δｔに基づき微量成分の含有量を演算し、演算結果を制御部５７へ送信する（Ｓ１０５）。
携帯電話機１０の制御部５７は、演算結果を受信した場合、通信部５５を駆動して、アンテナ１７を介して、演算結果とユーザの識別情報とを所定のサーバへ送信する（Ｓ１０６）。サーバは、人肌の水分量と微量成分の含有量に関する演算結果を受信した場合、ユーザの識別情報に対応するデータベースを用いて人肌の水分量と微量成分の含有量を評価し、解析情報を携帯電話機１０へ返信する。
携帯電話機１０の制御部５７は、アンテナ１７を介してサーバから解析情報を受信した場合（Ｓ１０７）、表示部５３を駆動し、受信した解析情報をＬＣＤ１３に表示する（Ｓ１０８）。ユーザは、ＬＣＤ１３に表示された解析情報を確認することにより、現在の健康状態を詳細に把握することができる。
ここで、サーバから受信する解析情報としては、現在の健康状態、人肌の水分量および微量成分の含有量の推移、健康状態を維持・向上させるためのアドバイス等がある。
以上のように、本実施形態に係る携帯電話機１０は、センサ１８からの電気特性に基づき人肌の水分量と微量成分の含有量とを演算する。この場合、携帯電話機１０の大型化およびコストアップを避けることができる。また、人肌の水分量の計測に、第１の状態（センサ１８が人肌に接触した時）の静電容量と第２の状態（センサ１８が人肌に接触していない時）の静電容量との差分（ΔＣ）を用いることにより、単純にセンサ１８が人肌に接触した時の静電容量を用いる場合と比較して、人肌の水分量を精度よく演算することができる。
さらに、本実施形態において、携帯電話機１０が、人肌の水分量および微量成分の含有量の演算結果をサーバへ送信し、サーバから受信した解析情報をＬＣＤ１３に表示することにより、ユーザは、現在の健康状態をより具体的に把握することができる。
ここで、本実施形態では、携帯電話機１０がΔＣおよびΔｔから人肌の水分量および微量成分の含有量を演算したが、これに限定されない。携帯電話機１０からΔＣおよびΔｔをサーバに送信し、サーバがΔＣおよびΔｔに基づき人肌の水分量および微量成分の含有量を演算し、解析情報を出力することもできる。この場合、携帯電話機１０の演算負荷を小さくすることができる。
一方、携帯電話機１０に生体情報に関するデータベースを構築し、携帯電話機１０が人肌の水分量および微量成分の含有量から解析情報を生成し、ＬＣＤ１３に表示することもできる。
携帯電話機１０およびサーバに、数多くのユーザの、人肌の水分量および微量成分の含有量と計測時点での各ユーザの健康状態および精神状態との相関を表すデータベースを構築しておくことにより、携帯電話機１０およびサーバは、ユーザの疲れ、ストレス、怒り、喜び、哀しみなどの健康状態および精神状態を、高精度に判断することができ、健康維持・向上のための有意義な情報を提供することができる。
ここで、サーバが、化粧品会社が提供するサーバ等の場合、解析情報の他に肌の状態に適した化粧品の情報等を提供することもできる。一方、ユーザは携帯電話機１０を用いて、該化粧品の購入手続きを行うことができる。また、ユーザは携帯電話機１０を用いてクレジット会社と通信することにより、購入した化粧品の代金をクレジットカード決済することもできる。
さらに、携帯電話機１０は、静電容量および位相差の計測時刻にスピーカ１５からアラーム音を発し、ユーザに計測を促すことができる。この場合、ユーザが定期的に静電容量および位相差の計測を行い、健康状態を継続的に把握することができる。また、ユーザがカメラ１４を用いてユーザの肌を撮影し、取得した画像情報を肌の水分量および微量成分の含有量の演算結果と一緒にサーバへ送信することもできる。この場合、サーバは、より多くの情報を提供することができる。
（第４の実施形態）
第４の実施形態について説明する。本実施形態においても、携帯端末として、第２の実施形態で説明した生体情報検知器１Ｂを搭載した携帯電話機を適用する。本実施形態に係る携帯電話機も、第３の実施形態に係る携帯電話機１０と同様に、インターネットを介して、予めユーザの識別情報が登録された所定のサーバと通信する。
本実施形態に係る携帯電話機１０Ｂの正面図を図９（ａ）に、背面図を図９（ｂ）に、図９（ａ）のＢ−Ｂ‘での断面図を図９（ｃ）に示す。図９（ａ）（ｃ）に示すように、本実施形態に係る携帯電話機１０Ｂでは、センサ１８Ｂが筐体１１表面のスピーカ１５の横に配置されている。なお、その他は第３の実施形態で説明した図６とほぼ同様なので、詳細な説明は省略する。また、本実施形態に係る携帯電話機１０Ｂのブロック図は第３の実施形態で説明した図７とほぼ同様である。以下の説明では、図２、図７および図９で用いた符号を用いる。
ユーザが本実施形態に係る携帯電話機１０Ｂを用いて生体情報を検知する場合の動作フローについて、図１０を用いて説明する。ユーザは、携帯電話機１０Ｂの操作ボタン１２を用いて生体情報の検知を指示するための入力を行った後、操作ボタン１２を操作して音声通信を開始する。このとき、スピーカ１５の横に設置されたセンサ１８Ｂ（印加電極３Ｂおよび検出電極４Ｂ）はユーザの耳などの人肌に接触する。
携帯電話機１０Ｂの入力部５１は、ユーザからの入力を検知した場合、入力情報を制御部５７へ送信する（Ｓ２０１）。さらに、通信部５５が、音声通信の開始を伝える信号を制御部５７へ送信する（Ｓ２０２）。制御部５７は、生体情報の検知を指示する入力情報と音声通信が開始されたことを伝える信号とを受信した場合、生体情報検知部５６を駆動する。
生体情報検知部５６は、静電容量計測回路５および位相差計測回路７を用いて、電極間の静電容量と印加電圧−検出電流間の位相差を所定時間計測する（Ｓ２０３）。さらに、生体情報検知部５６は、音声通信が所定時間経過（例えば、３０秒間音声通話を継続）した後に（Ｓ２０４のＹＥＳ）、静電容量と印加電圧−検出電流間の位相差を再度計測する（Ｓ２０５）。そして、生体情報検知部５６は、演算回路６Ｂを用いて、静電容量計測回路５が計測した静電容量の経時変化、すなわち、センサ１８Ｂが人肌に接触し、かつ音声通信が開始した直後の状態（第１の状態）の静電容量と音声通信が開始してから所定時間が経過した後の状態（第２の状態）の静電容量との変化量（ΔＣ）を算出する。さらに、算出したΔＣに基づき音声通信の前後における人肌の水分の変化量を演算し、演算結果を制御部５７へ送信する（Ｓ２０６）。さらに、生体情報検知部５６は、演算回路６Ｂを用いて、位相差計測回路７が計測した位相差の経時変化から音声通信の前後における含有微量成分の変化量を演算し、演算結果を制御部５７へ送信する（Ｓ２０７）。制御部５７は、音声通信の前後における人肌水分および微量含有成分の変化量の演算結果とユーザの識別情報とを所定のサーバへ送信する（Ｓ２０８）。
サーバは、携帯電話機１０Ｂから、音声通信の前後の人肌水分および微量含有成分の変化量に関する演算結果とユーザの識別情報とを受信した場合、受信した識別情報に対応するデータベースを用いて、音声通信の前後におけるユーザの心理状態の変化などを評価し、評価結果（解析情報）を携帯電話機１０Ｂへ返信する。
携帯電話機１０Ｂは、サーバから評価結果を受信した場合（Ｓ２０９）、受信した評価結果をＬＣＤ１３に表示する（Ｓ２１０）。ユーザは、ＬＣＤ１３に表示された評価結果を確認することにより、音声通信の前後における心理状態の変化を客観的に把握する。
以上のように、本実施形態に係る携帯電話機１０Ｂは、携帯電話機１０Ｂを用いた音声通話中に、静電容量と位相差の変化量を算出し、算出結果に基づいて、音声通信の前後における人肌水分と微量含有成分の変化量を演算する。人肌水分と微量含有成分の変化量との演算に、音声通信前後の変化量を用いることにより、電極表面に汚れや水分等が付着することによる影響を取り除くことができる。従って、単純に電極が生体に接触している時の計測値を用いる場合と比較して、人肌水分と微量含有成分の変化量を精度よく演算することができる。
さらに、携帯電話機１０Ｂは、人肌水分と微量含有成分の変化量とに基づいて評価したユーザの心理状態の変化等の評価結果（解析情報）をＬＣＤ１３に表示する。従って、ユーザは、ＬＣＤ１３に表示された評価結果を確認して、音声通信の前後におけるユーザの心理状態の変化を客観的に把握することができる。
ここで、本実施形態では、携帯電話機１０Ｂが人肌の水分量および微量成分の含有量を演算したが、これに限定されない。携帯電話機１０ＢからΔＣおよびΔｔをサーバに送信し、サーバがΔＣおよびΔｔに基づき人肌の水分量および微量成分の含有量を演算してユーザの心理状態の変化等を評価することもできる。一方、携帯電話機１０Ｂに心理状態に関するデータベースを構築し、携帯電話機１０Ｂが演算した人肌の水分量および微量成分の含有量からユーザの心理状態の変化を評価してＬＣＤ１３に表示することもできる。
また、本実施形態では配信される解析情報として、音声通信の前後での心理状態変化を挙げたが、これに限定されない。例えば、音声通話の前後における喜び、怒り、恐れなどの心理状態の変化をサーバ上で比較し、通話者同士の相性判断結果などとして配信することもできる。さらに、携帯端末として携帯型ゲーム端末を適用する場合、ゲームを開始した直後を第１の状態、所定時間経過後を第２の状態として、ゲーム開始後のユーザの生体情報の変化からユーザの興奮度等を数値化して配信することもできる。興奮度のレベルがユーザの携帯型ゲーム端末等へ表示されることにより、ユーザはゲームを開始したことによる心身状態の変化を客観的に把握することができる。
また、本実施形態では、サーバにおいて評価した音声通話によるユーザの心理状態の変化等の情報を、人肌水分および微量含有成分の変化量を送信して来た携帯電話機１０Ｂのみに返信したが、これに限らない。サーバに登録するユーザの識別情報の中に、情報の共有を許可する通信装置の識別ＩＤをグルーピング情報として格納しておくことにより、音声通話による心理状態の変化等の情報をグルーピングした所定の通信装置にも配信することができる。例えば、音声通話中のユーザが、音声通話中に音声情報と一緒に通話相手の心理状態の変化の情報を取得した場合、ユーザは、通話相手の心理状態変化に応じたきめ細やかなコミュニケーションを行うことができる。
また、本実施形態では、音声通話直後の状態を第１の状態、通話開始後３０秒後の状態を第２の状態として、２つの状態での計測値の差分からユーザの心理状態の変化を評価したが、これに限らない。例えば、通話開始から通話終了までの間、３０秒ごとに静電容量および位相差を計測およびユーザの心理状態を評価し、評価結果を連続的に表示することもできる。この場合、通話に伴うユーザの心理状態の一連の変化を客観的に把握することができ、よりきめ細やかなコミュニケーションを行うことができる。
さらに、本実施形態では、ユーザの心理状態の変化の評価結果を音声通信直後（もしくは音声通信中）に携帯電話機１０ＢのＬＣＤ１３に表示する例を示したが、これに限らない。通話者同士の相性診断結果などは、サーバを運営するサービス事業者が、他ユーザの結果と比較するなどして詳細な評価を加えたうえで、別途、ユーザへ評価結果を配信してもよい。
以上、本発明の好適実施形態について説明したが、単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではない。本発明は、要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能である。
（付記１）電気パルスを発する発振手段と、前記電気パルスが印加される印加電極と、前記印加電極に対向する検出電極と、前記電極間の静電容量を計測する静電容量計測手段と、第１の状態における静電容量と第２の状態における静電容量との差分に基づき生体情報を演算する演算手段と、を備えた生体情報検知器。
（付記２）前記第１の状態は、前記電極が生体に接触している状態であり、前記第２の状態は前記電極が生体に接触していない状態である、付記１記載の生体情報検知器。
（付記３）前記第１の状態および前記第２の状態は、前記電極が生体に接触している状態であり、且つ、前記第２の状態は前記第１の状態から所定時間が経過した状態である、付記１記載の生体情報検知器。
（付記４）前記発振手段は、正弦波電圧を前記印加電極に印加し、前記正弦波電圧と前記検出電極により検出される電流との位相差を計測する位相差計測手段を備え、前記演算手段は、前記静電容量の差分に基づき人肌の水分量を演算するとともに前記位相差に基づき人肌表面の微量成分の含有量を演算する、付記１ないし３のいずれか１項記載の生体情報検知器。
（付記５）前記演算手段は、第１の状態における位相差と第２の状態における位相差との差分に基づき、人肌表面の微量成分の含有量を演算する、付記４記載の生体情報検知器。
（付記６）前記印加電極と前記検出電極は、交互に配置される複数の櫛型電極を備える付記１ないし５のいずれか１項記載の生体情報検知器。
（付記７）対向配置された印加電極と検出電極とを備える検知器を用いた生体情報検知方法であって、前記印加電極へ電気パルスを印加し、前記電極間の静電容量を計測し、第１の状態における静電容量と第２の状態における静電容量との差分に基づき生体情報を演算する、生体情報検知方法。
（付記８）前記第１の状態は、前記電極が生体に接触している状態であり、前記第２の状態は前記電極が生体に接触していない状態である、付記７記載の生体情報検知方法。
（付記９）前記第１の状態および前記第２の状態は、前記電極が生体に接触している状態であり、且つ、前記第２の状態は前記第１の状態から所定時間が経過した状態である、付記７記載の生体情報検知方法。
（付記１０）前記印加電極へ、正弦波電圧を印加し、前記検出電極により電流を検出し、前記正弦波電圧と前記検出電極により検出される電流との位相差を計測し、前記静電容量の差分に基づき人肌の水分量を演算するとともに前記位相差に基づき人肌表面の微量成分の含有量を演算する、付記７ないし９のいずれか１項記載の生体情報検知方法。
（付記１１）筐体と、電気パルスを印加する発振手段と、前記筐体の表面に対向配置された、前記電気パルスが印加される印加電極および検出電極と、前記電極間の静電容量を計測する静電容量計測手段と、第１の状態における静電容量と第２の状態における静電容量との差分に基づき生体情報を演算する演算手段と、を備える携帯端末。
（付記１２）前記第１の状態は、前記電極が生体に接触している状態であり、前記第２の状態は前記電極が生体に接触していない状態である、付記１１記載の携帯端末。
（付記１３）前記第１の状態および前記第２の状態は、前記電極が生体に接触している状態であり、且つ、前記第２の状態は前記第１の状態から所定時間が経過した状態である、付記１１記載の携帯端末。
（付記１４）前記第１の状態は携帯端末が通信を開始した直後の状態であり、前記第２の状態は携帯端末が通信を開始してから所定時間経過後の状態である、付記１３記載の携帯端末。
（付記１５）前記発振手段は、正弦波電圧を前記印加電極に印加し、前記正弦波電圧と前記検出電極により検出される電流との位相差を計測する位相差計測手段を備え、前記演算手段は、前記静電容量の差分に基づき人肌の水分量を演算するとともに前記位相差に基づき人肌表面の微量成分の含有量を演算する、付記１１ないし１４のいずれか１項記載の携帯端末。
（付記１６）前記演算した生体情報を表示する表示手段をさらに備える付記１１ないし１５のいずれか１項記載の携帯端末。
（付記１７）筐体と、正弦波電圧を印加する発振手段と、前記筐体の表面に対向配置された、前記正弦波電圧が印加される印加電極および電流を検出する検出電極と、前記電極間の静電容量を計測する静電容量計測手段と、前記正弦波電圧と前記検出電極により検出される電流との位相差を計測する位相差計測手段と、第１の状態における静電容量と第２の状態における静電容量との差分に基づき人肌の水分量を演算するとともに前記第１の状態における前記位相差に基づき人肌表面の微量成分の含有量を演算する演算手段と、前記水分量と含有量の演算結果を所定のサーバへ送信する通信手段と、前記サーバから前記演算結果に対応する生体情報を受信した場合、前記受信した生体情報を表示する表示手段と、を備える携帯端末。
（付記１８）前記第１の状態は、前記電極が生体に接触している状態であり、前記第２の状態は前記電極が生体に接触していない状態である、付記１７記載の携帯端末。
（付記１９）前記第１の状態および前記第２の状態は、前記電極が生体に接触している状態であり、且つ、前記第２の状態は前記第１の状態から所定時間が経過した状態である、付記１７記載の携帯端末。
（付記２０）前記第１の状態は携帯端末が通信を開始した直後の状態であり、前記第２の状態は携帯端末が通信を開始してから所定時間経過後の状態である、付記１９記載の携帯端末。
この出願は、２００９年８月３日に出願された日本出願特願２００９−１８０４４８および２０１０年１月４日に出願された日本出願特願２０１０−００００１９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【０００９】
本発明にかかる生体情報検知器、生体情報検知方法、および、該生体情報検知器を備えた携帯端末は、健康状態を把握するための検知器、該検知器を搭載した、携帯電話機、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）、通信機能を備えた携帯型ゲーム端末およびカメラ等を適用するに適用することができる。
【符号の説明】
【００１０】
１００  携帯通信端末
１  生体情報検知器
２、２Ｂ  発振回路
３、３Ｂ  印加電極
４、４Ｂ  検出電極
５  静電容量計測回路
６、６Ｂ  演算回路
７  位相差計測回路
８  基板
１０、１０Ｂ  携帯電話機
１１  筐体
１２  操作ボタン
１３  ＬＣＤ
１４  カメラ
１５  スピーカ
１６  マイク
１７  アンテナ
１８、１８Ｂ  センサ
１９  検知回路
２０  メイン基板
３１、４１  電極端子
３２、４２  櫛型電極
５１  入力部
５２  音声処理部
５３  表示部
５４  撮像部
５５  通信部
５６  生体情報検知部
５７  制御部
６１  印加電圧波形
６２  検出電流波形
６３  理想的な電流波形
【図１】
2011016407.tif 000003
【図２】
2011016407.tif 000004
【図３】
2011016407.tif 000005
【図４】
2011016407.tif 000006
【図５】
2011016407.tif 000007
【図６】
2011016407.tif 000008
【図７】
2011016407.tif 000009
【図８】
2011016407.tif 000010
【図９】
2011016407.tif 000011
【図１０】
2011016407.tif 000012
【国際調査報告】
2011016407.tif 000013
2011016407.tif 000014
2011016407.tif 000015
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